BAB 3 PENGUMPULAN DATA DAN PERANCANGAN MODEL
3.3. Perancangan Model
Tahapan awal dalam perancangan model adalah membuat objek-objek yang akan dimasukkan ke dalam lingkungan virtual dengan menggunakan software desain yaitu Auto CAD dan Solidworks. Objek-objek yang akan dimasukkan dibuat sesuai dengan ukuran sebenarnya yang telah diperoleh dari hasil observasi. Hasil dari gambar Auto CAD dan solidworks ini akan diimpor ke dalam software Jack untuk menciptakan suatu kondisi lingkungan virtual yang mereperesentasikan kondisi nyata yang sebenarnya. Objek-objek yang akan dibuat adalah sepeda lipat sesuai dengan kondisi spesifikasi yang ada serta kondisi lintasan menanjak dengan panjang lintasan, tinggi lintasan, serta kemiringan sesuai dengan kondisi nyata lintasan sepeda UI.
Gambar 3.15 Desain Lintasan Menanjak dengan Auto CAD
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam menggunakan software Jack 6.0 adalah sebagai berikut:
6. Membangun sebuah lingkungan virtual (virtual environment) 7. Membuat model manusia (manekin)
8. Memposisikan model manusia ke dalam lingkungan virtual (virtual environment)
9. Memberikan tugas kepada model manusia (manekin) 10. Menganalisis kinerja model manusia (manekin)
Gambar 3.16 Tahapan Perancangan Model dengan Jack 3.1.1 Membangun Lingkungan Virtual (Virtual Environment)
Pembuatan lingkungan virtual (virtual environment) dilakukan dengan menggunakan objek-objek baik yang disediakan oleh software Jack itu sendiri
maupun dengan mengimpor objek yang telah dibuat sebelumnya dengan software Auto CAD maupun solidworks. Dalam hal ini, objek yang digunakan seluruhnya dibuat di luar software Jack yaitu dibuat dengan software Auto CAD dan solidworks. Objek-objek yang akan dimasukkan adalah sepeda lipat sebagai objek utama serta lintasan menanjak yang akan dilalui saat mengendarai sepeda.
Gambar 3.17 Tampilan Lingkungan Virtual dalam Jack 3.1.2 Membuat Model Manusia
Untuk dapat membuat model manusia di Jack, dapat menggunakan model manusia yang telah disediakan oleh Jack. Model manusia Jack terdiri dari 71 segmen, 69 persendian, dan 135 derajat kebebasan. Database antropometri yang digunakan oleh Jack untuk membuat manekin manusia adalah ANSUR (Army Natick Survey User Requirements). Jack juga memungkinkan penggunanya untuk membuat model manusia tidak hanya dengan model “5th dan 95th”, melainkan juga pembuatan skala yang lebih detil dengan menggunakan basic scaling maupun advanced scaling. Dalam basic scaling, data yang dimasukkan adalah tinggi badan serta berat badan sedangkan dalam advanced scaling dimasukkan data-data yang
lebih detail dan kompleks mencakup tinggi badan, panjang lengan, panjang kaki, lebar kaki, lebar telapak tangan, serta ukuran-ukuran lainnya.
Gambar 3.18 Tampilan Input Data Antropometri dalam Jack
Data antropometri yang digunakan adalah data antropometri persentil 50% disebabkan data antropometri ini merepresentasikan kondisi nilai tengah untuk populasi pengendara sepeda di wilayah kampus. Dengan dipilihnya nilai tengah ini, nilainya tidak terlalu tinggi maupun terlalu rendah.
3.1.3 Memposisikan Model Manusia
Setelah memasukkan seluruh objek ke dalam lingkungan virtual software jack dan manusia sebagai pengendara sepeda maka langkah selanjutnya adalah
memposisikan manusia yang merepresentasikan posisi saat mengendarai sepeda. Berikut ini adalah posisi manusia saat mengendarai sepeda.
Gambar 3.19 Tampilan Saat Memposisikan Manusia Mengendarai Sepeda 3.1.4 Memberi Tugas Kepada Model Manusia
Fitur-fitur yang tersedia dalam Jack memungkinkan pembuatan mekanisme gerakan yang dapat merepresentasikan gerakan sebenarnya yang terjadi di dalam dunia nyata. Pada kasus ini, gerakan yang diinginkan adalah gerakan mengayuh sepeda yang dilakukan oleh pengendara disertai dengan gerakan sepeda yang melewati lintasan menanjak.
Langkah-langkah dalam membuat gerakan tersebut adalah sebagai berikut: • Membuat joint pada sepeda lipat sehingga memungkinkan pedal dapat berputar pada sumbu tertentu dengan batasan derajat tertentu. Joint yang dibuat di sini terdiri dari empat buah yaitu joint antara batang pedal dan pusat bundaran pedal serta antara batang pedal dan dudukan pedal (masing-masing dibuat dua buah untuk sisi kanan dan kiri). Berikut ini adalah menu untuk membuat joint yang terdapat dalam Jack:
Gambar 3.20 Tampilan Untuk Membuat Joint dalam Jack
Dari menu di atas, dapat dilihat salah satu pembuatan joint yang dilakukan. Joint dibuat dengan memilih segmen yang tetap sebagai pusat serta segmen yang akan bergerak. Selanjutnya dipilih gerakan yang ingin dibuat (translasi atau rotasi) serta sumbu yang dipilih dan pusat dari sumbu tersebut. Gerakan yang ingin dibuat juga dapat dibatasi derajat maksimum dan minimum pergerakannya, karena dalam kasus ini mengayuh sepeda merupakan gerakan yang terus menerus maka derajat maksimum dan minimum yang dipilih memiliki angka yang cukup ekstrim. Setelah joint dibuat, perlu dilakukan pengujian terhadap gerakannya apakah sudah sesuai dengan yang diinginkan dengan menggunakan menu adust joint seperti gambar berikut:
Gambar 3.21 Tampilan Untuk Menguji Pergerakan Joint dalam Jack • Membuat agar gerakan kaki yang dilakukan oleh pengendara akan
mengikuti gerakan berputarnya pedal. Hal ini dilakukan dengan menggunakan salah satu menu di Jack yang membuat kedua kaki manusia selalu menempel dan mengikuti objek tertentu (foot hold to object) di mana dalam kasus ini objek yang dipilih adalah dudukan pedal. Menu untuk membuat hal tersebut adalah sebagai berikut:
Gambar 3.22 Tampilan Menu Untuk Membuat Gerakan Kaki Sejalan Dengan Gerakan Pedal
• Membuat animasi gerakan mengayuh sepeda. Hal ini dilakukan dengan menggunakan menu animation system di dalam Jack. Terdapat banyak menu di dalam animation system, menu yang pertama digunakan adalah general joint untuk membuat pergerakan pedal sepeda sesuai dengan yang diinginkan serta dengan memberikan durasi waktu yang sesuai. Menu untuk membuat gerakan joint tersebut adalah sebagai berikut:
Gambar 3.23 Tampilan Menu Untuk Membuat Pergerakan Joint dalam Sistem Animasi
Single joint yang dipilih adalah keempat joint yang telah dibuat sebelumnya. Waktu yang dipilih adalah dimulai dari 0 s dengan durasi adalah 1 s. Kemudian dilanjutkan dengan adjust joint untuk menentukan derajat berputarnya pedal tersebut seperti ditunjukan gambar berikut:
Gambar di atas menunjukkan salah satu adjust joint motion yang dilakukan pada salah satu joint di mana dalam hal ini adalah joint antara bundaran pedal dan batang pedal. Untuk gerakan pada joint tersebut adalah berputar sebesar -90 derajat untuk setiap detiknya sedangkan untuk gerakan joint antara batang pedal dan dudukan pedal berputar sebesar 90 derajat untuk setiap detiknya. Keseluruhan pembuatan gerakan joint tersebut dilakukan terus menerus setiap detiknya sampai di detik di mana sepeda mencapai puncak lintasan menanjak (waktu melewati lintasan diperoleh dari hasil observasi).
• Menambahkan gaya-gaya agar sesuai dengan kondisi nyata. Hal ini dilakukan dengan cara menambahkan gaya kayuh sepeda pada kaki serta menambah gaya pada bagian bahu agar merepresentasikan kondisi mahasiswa yang membawa tas punggung sebagai tambahan beban.
Perhitungan untuk gaya kayuh sepeda adalah sebagai berikut: Lintasan mendatar:
Frb = F Sepeda + F gesek
= 0 (percepatan dianggap 0) + koef.gesek x gaya normal = 0 + (0.85 x (massa manusia+massa sepeda) x gravitasi) = 0 + (0.85 x (62 Kg + 15 Kg) x 9.8)
= 641.41 N
Fp = (Rgd x Frb x Rrb)/(Rgb x Ltp)
= (9 cm x 641.41 N x 25.4 cm) / (4.5 cm x 11 cm ) = 2962.15 N
Gaya tersebut untuk kedua pedal, maka untuk masing-masing kaki diberi gaya sebesar 2962,15 dibagi dua menjadi 1481,07 N atau jika dikonversi menjadi mass sebesar 151,12 Kg.
Lintasan Menanjak
Frb = F Sepeda + F gesek + mg sin
= 0 (percepatan dianggap 0) + (koef.gesek x mg cos ) + mg sin
= 0 + (0.85 x 77 Kg x 9.8 cos 6.560) + (77 Kg x 9.8 sin 6.56o)
Fp = (Rgd x Frb x Rrb)/(Rgb x Ltp)
= (9 cm x 823,22 N x 25.4 cm) / (4.5 cm x 11 cm ) = 2631,99 N
Gaya tersebut untuk kedua pedal, maka untuk masing-masing kaki diberi gaya sebesar 2631,99 N dibagi dua menjadi 1315,99 N atau jika dikonversi menjadi massa sebesar 151,12 Kg.
Selanjutnya gaya-gaya tersebut dimasukkan ke software jack dengan membebankan gaya kayuh sepeda ke kedua kaki pengendara serta beban tas dan barang bawaan lainnya (asumsi 4kg) ke kedua bahu pengendara, berikut adalah tampilan saat memasukkan gaya tersebut:
Gambar 3.26 Tampilan Gaya-Gaya yang ada dalam Jack
• Membuat gerakan animasi agar sepeda bergerak dari dasar lintasan sampai ke puncak lintasan menanjak. Hal ini dilakukan dengan menggunakan salah satu menu dalam animation system yaitu general figure seperti ditunjukkan pada gambar berikut:
Gambar 3.27 Tampilan Menu Untuk Menggerakan Sepeda ke Puncak Lintasan Menanjak
Figure yang dipilih adalah sepeda serta waktu awal melakukan gerakan adalah pada 0 s serta durasi gerakan tersebut adalah berdasarkan data observasi lapangan seberapa lama sepeda melintasi tanjakan menuju ke puncak tanjakan.
Setelah semua gerakan dalam animation system tersebut selesai (general joint dan general figure) maka tampilan dalam animation system akan seperti berikut:
Gambar 3.28 Tampilan Animation System di dalam Jack
• Menjalankan program di dalam animation system. Setelah seluruh hal di atas telah selesai dibuat, maka program dijalankan untuk menunjukkan gerakan yang merepresentasikan gerakan mengayuh sepeda yang sebenarnya.
Berikut ini adalah saat program dijalankan sampai detik ke 17:
Gambar 3.29 Tampilan Saat Animasi Dijalankan Selama 17 Detik
Berikut ini adalah saat gerakan dilakukan sampai selesai, dalam kasus ini adalah 19 s mengacu pada data lintasan menanjak pada lintasan gerbang UI 2:
Gambar 3.30 Tampilan Saat Animasi Dijalankan Hingga Selesai 3.1.5 Menganalisis Kinerja Model Manusia
Setelah melakukan animasi gerakan yang merepresentasikan dunia nyata. Hal yang selanjunya dilakukan adalah menganalisis kondisi manusia (pengendara) saat melakukan gerakan tersebut. Jack memiliki menu khusus untuk melakukan analisa dan mengevaluasi performa manusia saat melakukan analisa di antaranya adalah Jack Analysis Toolkit. Dari beberapa analisa yang dapat dilakukan oleh Jack TAT, analisa yang dipilih adalah static strength prediction, RULA, OWAS, dan LBA untuk dapat menghasilkan nilai PEI (Posture Evaluation Index).
Berikut ini adalah tampilan saat melakukan analisis dengan beberapa tools tersebut:
1. Static Strength Prediction
Pada awal model simulasi ergonomi sepeda lipat Departemen Teknik Mesin UI dengan menggunakan software Jack 6.0, dilakukan analisa awal dengan menggunakan SSP untuk memperlihatkan persentase dari populasi yang dapat melakukan pekerjaan tersebut, jika persentase melebihi 90 % maka perhitungan dilanjutkan ke tahapan berikutnya. Berikut ini adalah hasil SSP untuk penggunaan sepeda lipat dengan desain awal:
Gambar 3.31 Tampilan Hasil Keluaran Saat Menganalisis dengan SSP Tabel 3.5 Hasil Analisis dengan SSP
Dari hasil LBA ini dapat diperoleh nilai gaya yang bekerja pada tulang belakang saat melakukan aktivitas. Nilai batas gaya tekanan yang sudah memasuki kategori peringatan adalah sebesar 3400 newton yang merupakan nilai batas gaya tekanan yang dapat diterima tulang belakang pada postur mengangkat dan merupakan standar NIOSH (National Institute for Occupational Safety and Health). Berikut ini adalah hasil LBA untuk penggunaan sepeda lipat dengan desain awal:
Gambar 3.32 Tampilan Saat Menganalisis dengan LBA 3. Ovako Working Posture Analysis (OWAS)
OWAS memberikan penilaian berdasarkan postur tubuh secara keseluruhan pada saat bekerja. OWAS menilai bagian tubuh yang berkaitan dalam melakukan pekerjaan seperti tulang belakang, kaki, dan lengan secara bersamaan.
4. Rappid Upper Limb Assesment (RULA)
Dari penggunaan RULA, dapat diperoleh nilai yang menunjukkan tingkat risiko cidera yang dapat terjadi pada tubuh bagian atas pengendara.
Gambar 3.34 Tampilan Hasil Keluaran Saat Menganalisis dengan RULA
3.4. Konfigurasi Desain Sepeda Lipat Departemen Teknik Mesin UI